一種新型高線性度采樣開關的設計
英飛凌汽車電子生態(tài)圈
1．2 開關中比較器的設計
由于要求達到14位的采樣精度，從而導致比較器的精度必須達到16位以上。運放型比較器的精度公式為
式(3)中AV為比較器增益；VOH，VOL分別表示輸出高低電平，較高精度需保證一定的增益。
比較器采用MOS二極管連接類型的負載，分別等效為正、負電阻，同時輸出串聯(lián)兩個反相器以增加后級驅(qū)動能力，如圖4所示。本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/178157.htm
采樣時的非理想效應如電荷注入等可等效看作是輸入信號的共模噪聲，會嚴重地影響采樣的線性度，因此采用輸入輸出全差分結(jié)構(gòu)來抑制。為達到一定的增益要求，可采用電流源負載，但需要單獨的偏置電路產(chǎn)生偏置電壓，增加了復雜性。MOS二極管連接形式的負載對增益和運放帶寬的影響比較折中，因此可用作負載。由小信號等效分析可得，該運放的增益由式(4)給出。
其中，gM1，gM3和gM4分別對應輸入管M1和負載管M3和M4的跨導參數(shù)。由傳統(tǒng)運放理論可知：要增加增益需增大輸入對管的跨導，但由于電壓型運放的增益帶寬積為固定常數(shù)，因此一味地增加輸入管跨導會導致帶寬變小，從而影響速度。由式(4)可知，設計中只要gM3與gM4差值較小，gM1不需要過大，運放就可達到較高的增益，故設計中可采用較小的晶體管來抑制增益帶寬積為固定值的不利影響，同時較小的晶體管尺寸可以有效降低其寄生電容效應，從而減小輸入寄生電容對采樣速度和精度的影響。
非理想情況下，由于工藝偏差等因素造成比較器隨機產(chǎn)生一定的失調(diào)電壓，會影響比較器可比較的最小精度。從統(tǒng)計學角度分析，其服從均值為零的高斯分布，比較器的失調(diào)電壓近似為
其中，
為輸入管的失調(diào)方差；
為負載管的失調(diào)方差；AVTN，AVTP和AWLN，AWLP分別是與具體工藝相關的閾值電壓失調(diào)因子和尺寸失調(diào)因子，在特定工藝下為常數(shù)，隨著工藝制程的進步，其值隨之減小。由式(6)可知，比較器的失調(diào)與晶體管的尺寸成反比，因此為了較小的失調(diào)，應適度地增加晶體管尺寸，但同時會導致寄生效益增加，故需折衷考慮。
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